激光束焊接方法及其焊接机以及对焊接头与流程

本发明涉及在钢板的对焊中使用的激光束焊接方法和在该方法中使用的焊接机以及通过上述方法而得到的对焊接头。

背景技术：

1、近年来，对于钢板等钢铁产品，从产品品质的提高、生产性的提高等观点出发，在酸洗生产线、冷轧生产线、退火生产线、精整生产线等中，将卷绕成卷状的钢板一边展卷一边连续地处理。在该连续处理生产线中，为了将卷绕成卷状的钢板一边展卷一边连续地处理，需要在生产线的入口侧将先行的钢板卷材的后端和后行的钢板卷材的前端利用某种方式进行接合。

2、作为上述接合方式，以往多使用闪光对焊，但对于大量包含合金成分的脆性差的钢板，主要使用激光焊接等。在该激光焊接中，利用设置于焊接机的剪断机将先行钢板的尾端和后行钢板的前端切断而调整焊接端面的精度后，将该端部对接并进行焊接。此时，上述对接的钢板间的间隙宽度一般被设定为钢板板厚的1/10以下左右。

3、但是，在对上述钢板进行了切断加工的情况下，难以完全呈直线地切断。另外，在切断端面会产生塌边、飞边，因此，不管如何提高切断精度，都不可能使上述对接的钢板间的间隙宽度（间隔）成为0（零）。另外，也存在因钢板的对接条件的变动等而钢板间的间隙宽度在板宽方向上变化的情况。对于上述问题点，提出了使要对接的钢板中的一方表背翻转而尽量降低对接的钢板间的间隙的技术（例如，参照专利文献1）。另外，向上述钢板间的间隙部供给填充材料（填料），将填料与钢板一起熔融而形成焊接金属从而进行焊接（例如，参照专利文献2、3）。

4、但是，在钢板的焊接中使用的激光束一般使用输出为10kw以下且射束直径为0.4~0.6mm左右的激光束，因此使激光束准确地向焊接部照射并不容易。因此，使向焊接部照射的激光束以横穿钢板的对接部的方式进行摆动（横摆）（例如，参照专利文献4~7）。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：日本特开2001-205432号公报

8、专利文献2：日本特开平03-133587号公报

9、专利文献3：日本特开平08-290281号公报

10、专利文献4：日本特开2014-205166号公报

11、专利文献5：日本特开2019-171425号公报

12、专利文献6：国际公开第2020/179029号

13、专利文献7：日本特开2003-170284号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、然而，上述专利文献4~6所公开的技术虽然公开了使激光束摆动，但为不向焊接部供给填料的技术，无法应用于供给填料的情况。另外，上述专利文献7所公开的技术公开了向焊接部供给填料且使激光束摆动。但是，在对接的钢板间的间隙宽度大的情况、焊接速度变动的情况、上述间隙宽度在板宽方向上变化的情况等下，存在无法稳定地得到机械强度优异的焊接接头这一问题。

3、本发明鉴于以往技术所具有的上述的问题点而完成。其目的在于提出在利用激光将钢板彼此进行对焊时在对接的钢板间的间隙宽度（间隔）大的情况、间隙宽度在板宽方向上变化的情况下也能够稳定地得到高品质的对焊接头的激光束焊接方法。其目的还在于提供在该方法中使用的激光束焊接机和通过上述方法而得到的焊接接头。

4、用于解决课题的手段

5、发明人为了解决上述课题，着眼于填料的供给条件和激光束的照射条件而反复进行了锐意研究。其结果是，在向对接的钢板的对接部照射激光束而进行对焊时，将向上述钢板间的间隙部供给的填料的供给量控制在适当范围。具体而言，配置检测焊接点（激光束照射位置）前方的钢板间的间隙宽度的检测器，且使上述检测器和填料供给装置连动，根据由上述检测器检测到的间隙宽度而将填料的供给量控制在适当范围。而且，基于由上述检测器检测到的间隙部的位置，使向供给了上述填料的间隙部照射的激光束一边以横穿（跨越）上述间隙部的方式旋转一边进行照射，在大范围且均匀地照射焊接部。由此，发现了：不仅能够充分地应对钢板间的间隙部的宽度变动等，也能够减轻焊缝部处的飞溅的产生等，能够稳定地得到高品质的对焊接头。

6、基于上述见解的本发明提出一种激光束焊接方法，一边向对接的钢板间的间隙部供给填料一边照射激光束，使对接部的钢板和填料熔融/凝固而形成焊接金属，从而将上述对接的钢板熔融接合，所述激光束焊接方法的特征在于，使上述激光束一边以跨越钢板间隙部的方式旋转一边进行照射，并且将向上述间隙部供给的填料的每单位时间的供给量相对于每单位时间焊接的钢板间的间隙体积控制在规定的范围内。

7、本发明的上述激光束焊接方法的特征在于，通过满足下述的（1）~（6）的全部条件来进行焊接，从而形成满足下述的（7）及（8）的条件的焊接金属。

8、（1） 0.4≤t≤10.0

9、（2） 0.80≤v≤8.0

10、（3） 0<a≤1.0

11、（4） 50≤f≤400

12、（5） 0<p≤70

13、（6） 1.0≤v/g≤4.0

14、（7） 0.80≤h/t≤1.20

15、（8） 0.2≤w≤3.0

16、在此，上述的t是钢板的板厚（mm），v是焊接速度（m/min），a是激光束的旋转宽度（mm），f是激光束的旋转频率（hz），p是激光束在旋转时描绘的圆的扁平率（%），v是每单位时间的填料供给量（mm3/min），g是每单位时间焊接的钢板间的间隙体积（mm3/min），h是焊接中央部的厚度（mm），w是焊接部的板厚方向的最小熔融宽度（mm）。

17、另外，本发明是一种激光束焊接机，将对接的钢板熔融接合，所述激光束焊接机的特征在于，所述激光束焊接机具有：激光振荡器，使激光束振荡；传送系统，传送上述激光束；加工头，使上述激光束一边旋转一边以跨越钢板间隙部的方式进行照射；填料供给装置，向上述间隙部供给填料；检测器，检测上述对接的钢板的对接位置和间隙宽度；及控制部，控制从填料供给装置向钢板间隙部供给的填料的量，上述控制部具有以下的功能：根据每单位时间焊接的焊接间隙体积，将从填料供给装置供给的填料的供给量控制在规定的范围，所述每单位时间焊接的焊接间隙体积根据焊接速度和由上述检测器检测到的间隙宽度而算出。

18、另外，本发明是一种对接激光束焊接接头，是板厚为0.4~10.0mm的钢板的对焊接头，所述对接激光束焊接接头的特征在于，上述焊接接头的焊接部具有由钢板和填料构成的焊接金属，并且，上述焊接金属的宽度中央部的厚度h及厚度方向的熔融最小宽度w满足下述（7）及（8）的条件。

19、（7） 0.80≤h/t≤1.20

20、（8） 0.2≤w≤3.0

21、发明效果

22、根据本发明，在通过激光束焊接来对钢板进行对焊时，由于适当地控制了向焊接部供给的填料的供给量，并且适当地设定了激光束的照射条件，所以能够稳定地得到不仅外观优异、强度特性也优异的焊接接头。因此，在将本发明的技术应用于钢板的连续处理生产线的情况下，能够减少由焊接不良引起的再焊接的时间，或者减少生产线内的断裂，因此有助于生产性的提高。另外，还具有能够降低向焊接部供给的填料的量这一效果。

技术特征：

1.一种激光束焊接方法，一边向对接的钢板间的间隙部供给填料一边照射激光束，使对接部的钢板和填料熔融/凝固而形成焊接金属，从而将上述对接的钢板熔融接合，所述激光束焊接方法的特征在于，

2.根据权利要求1所述的激光束焊接方法，其特征在于，

3.一种激光束焊接机，将对接的钢板熔融接合，所述激光束焊接机的特征在于，

4.一种对接激光束焊接接头，是板厚为0.4~10.0mm的钢板的对焊接头，所述对接激光束焊接接头的特征在于，

技术总结
提出一种激光束焊接方法，并且提供在该方法中使用的焊接机和通过上述方法而得到的焊接接头，在该方法中，在一边向对接的钢板间的间隙部供给填料一边照射激光束、使对接部的钢板和填料熔融/凝固而形成焊接金属、将上述对接的钢板熔融接合的激光束焊接时，使上述激光束一边以跨越钢板间隙部的方式旋转一边进行照射，并且，将向上述间隙部供给的填料的每单位时间的供给量相对于每单位时间焊接的钢板间的间隙体积的比控制在规定的范围内，由此，在对接的钢板间的间隙宽度大的情况、间隙宽度在板宽方向上变化的情况下也能够稳定地得到高品质的对接激光焊接接头。

技术研发人员：原亚怜,高岛克利
受保护的技术使用者：杰富意钢铁株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23